[PDF] Ouvrages dart Ouvrages d'art N° 68

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Sétra

Service d'études

sur les transports, les routes et leurs aménagements n° 68 - décembre 2013

Ouvrages d'art

Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013 1

Bulletin du Centre

des Techniques d'Ouvrages d'Art

Directeur de la publication › Eric LE GUERNComité éditorial › Christian CREMONA (Sétra) - tél. : 01 60 52 32 56, Thierry KRETZ (IFSTTAR) - tél. : 01 81 66 81 29,

Jean-Christophe CARLÈS (CETE Méditérranée) - tél. : 04 42 24 76 86, Benoît PORTIER (DIR Méditérranée) - tél. : 04 88 44 53 82,

Bruno GODART (IFSTTAR) - tél. : 01 81 66 83 32, Gaël BONDONET (Sétra) - tél. : 01 60 52 32 81, Pierre PAILLUSEAU (CETE Sud-Ouest) -

tél. : 05 56 70 67 03, Emmanuel BOUCHON, (Sétra) - tél. : 01 60 52 32 80, Jean-Francois BARTHÉLEMY (Sétra) - tél. : 01 60 52 30 27,

Pierre De LACLOS (DIR CETE de l'Est) - tél.:04 69 16 63 30 Rédacteur en chef › Antony Hervy (Sétra) - tél. : 01 60 52 30 31

Mise en page › Pascale Varache (Sétra)

Jean-Christophe Carlès, CETE Méditerranée

Christian Cremona, Sétra

Raphaëlle SADONE, CETE de Lyon Marc QUIERTANT, IFSTTAR

François TOUTLEMONDE, IFSTTAR

Emmanuel FERRIER, Université Lyon 1

Aurore BRACH, Sétra

Aurore BRACH, Sétra

OUVRAGES MARQUANTS

2 Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013

OUVRAGES MARQUANTS

Reconstruction du pont

sur la rivière Saint-Etienne Jean-Christophe Carlès - CETE Méditerranée

Objet de l'article

Le 26 février 2007, le pont aval de la RN1 enjambant la rivière Sa int-Étienne (île de la Réunion) s'est effondré lors du passage du cyclone Gamède (voir gure et photo n°1). Les services de la Direction Départementale de l'Équipement de la Réunion chargés de l a reconstruction de l'ouvrage - services aujourd'hui transférés au conseil régional dans le cadre de la décentralisation - ont alors sollicité le CETE Méditerranée et le Sétra pour établir en urgence les

études de projet et les assister dans

le suivi de la réalisation du nouvel ouvrage. Fortement marqués par l'épisode cyclonique ayant entraîné l'effondrement de l'ancien pont, les équipes

de maîtrise d'œuvre et de conception ont fait le choix de concevoir le nouvel ouvrage en le dimensionnant

aux eurocodes. Car le nouveau référentiel européen intègre e n effet les dernières avancées scientiques en matière de connaissance des actions, du comporteme nt de matériaux, et des principes d'analyse de risques et de robustesse. L'équipe a alors procédé à une analyse et une hiérarch isation de tous les aléas susceptibles de menacer la construction ou la durabilité du futur ouvrage : séismes, vents cycloniques, aléas hydrauliques... L'objet de cet article est de présenter ces aléas ainsi que les grands choix de conception de l'ouvrage qui en ont résulté. L'effet cumulé de l'abaissement du lit de la rivière et de la poussée du courant, a conduit notamment, à retenir des fondations quasi-circulaires, de conception très spécique et particuliè rement profondes, à limiter le nombre d'appuisen rivière ainsi qu'à protéger la culée implan tée en rive gauche par une large enceinte de parois moulées ancrées (voir paragraphe " La conception des appuis et des fondations », page 12).

Figure 1 : plan de situation

Source : IGN

Photo 1 : l'ouvrage effondré

Source : DDE de la Réunion

Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013 3

Photo 4 et Figure 2 : l'ouvrage aval effondré

Source : DDE de la Réunion

Photo 3 : l'ouvrage amont

Source : DDE de la Réunion

Le contexte

L'effondrement du pont aval

Lors du passage du cyclone Gamède du 20 février 2007, le pont aval sur la rivière Saint-Étienne s'est

effondré sur toute sa longueur, soit environ 520 mètres (voir photo 2). Ce pont assurait la circu

lation dans le sens Saint-Louis - Saint-Pierre sur deux voies avec un trac jo urnalier de l'ordre de 27 000 véh/jour.

Photo 2 : l'ouvrage aval effondré

Source : DDE de la Réunion

Les deux ouvrages, amont et aval, présentaient

des morphologies quelque peu différentes : réouvert à la circulation après le passage du cyclone, est un pont caisson en béton précontraint à travées indépendantes (voir photo 3). Construit en 1977 sur des piles datant de 1937-1938 fondées superciellement sur les alluvions de la rivière. Ces matériaux en dépit de leur caractère affouillable, présentent de bonnes caractéristiques mécaniques. en 1992-1993 sur les anciennes piles du pont des Chemins de Fer réuni onnais, réalisées entre 1879 et 1882, elles aussi fondées superciellement. (voir photo 4 et gure 2)

4 Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013

OUVRAGES MARQUANTSOUVRAGES MARQUANTS

L"effondrement de l"ouvrage aval est lié à un affouillement de sa pile P4 (voir gure 10, page 9) lors

des épisodes de crues particulièrement violents qui ont accompagné le passage du cyclone (voir photos 5 et 6). Il est consécutif d"une grande vulnérabilité de ses appuis, tous fondés superciellement et à un manque de robustesse générale du tablier : la chute de la pile a entrainé l"effondrement des deux travées supportées, la rupture des câbles de précontrai nte et l"effondrement en cascade de

toutes les travées. La pile effondrée n"a pas été retrouvée, sans doute brisée et em

portée par les ots jusqu"à l"embouchure proche !

Photos 5 et 6 : Affouillements des appuis

Quelques jours après l"effondrement, une mission d"expertise conjointe Sétra/CETE Médite rranée menée sur le pont amont resté en place a permis de le remettre en service avec une exploitation à double sens. Dans les mois qui ont suivi, la construction de deux voies de circulation supplémentaires sur un radier busé fusible construit dans le lit de la rivière, à l"aval de l"ouvrage effondré, a permis de retrouver provisoirement une capacité d"écoulement du trac.

Les travaux de démolition et d"évacuation

du pont effondré ont ensuite permis de supprimer le danger que constituaient po ur le pont amont, les

débris du pont aval, en créant potentiellement un obstacle à l"écoulement des crues. Le sol de fondation

des appuis intermédiaires du pont amont a ensuite été renforcé par jet grouting an de supprimer le caractère affouillable des alluvions sous les appuis.

La brèche

Les ouvrages de franchissement permettent à la RN1 de relier la commu ne de Saint-Louis en rive droite à celle de Saint-Pierre en rive gauche. La rivière

Saint-Étienne connaît de

violents épisodes de crues notamment lors des passages des cyclones ; elle présente en période d"étiage plusieurs chenaux uctuants au rythme des crues cycloniques. Le lit mineur actif est délimité en rive droite par une ancienne protection de berge. Il peut s"étendre

Photo 7 : Radier en cours de construction

Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013 5

en revanche en rive gauche bien au delà de la limite des remblais act uels de la RN1 et de la zone d'implantation des culées des ouvrages existants (pont amont en service et pont aval démoli). (voir orthophoto 8) Orthophoto 8 : Le lit actif de la rivière Saint-Etienne Source : DDE de la Réunion - CETE Méditerranée Les objectifs fonctionnels de l'ouvrage à reconstruire Des objectifs d'amélioration d'une part de la uidité du trac, de la sécurité et du confort des usagers

(vitesse aujourd'hui limitée à 60 km/h du fait d'un très faible rayon en plan du tracé routier côté

Saint-Louis), et d'autre part d'intégration des modes doux, on t conduit la maîtrise d'ouvrage à décider de réaliser un nouveau pont supportant une chaussée à 2x2 voies , l'ouvrage amont assurant alors les déplacements des cyclistes et piétons dans les 2 sens, avec un e voie de circulation consacrée à un éventuel TCSP (Transport en commun en site propre), ou à de la desserte locale.

Une implantation à l'aval du pont en service a été retenue. Elle présente l'avantage de pouvoir rectier

le tracé par l'allongement de l'ouvrage et d'améliorer ai nsi le rayon de raccordement à la route nationale une largeur utile de 20,10 m et une largeur totale de tablier de 21,40 m en section courante (voir gures 3 et 4). Le tablier retenu est, un bipoutre mixte à pièces de pont. Figure 3 : Tracé de l'ouvrage à reconstruire

Source : DDE de la Réunion

Figure 4 : Prols en travers de l'ouvrage amont et de l'ouvrage

à reconstruire

Source : DDE de la Réunion

OUVRAGES MARQUANTS

6 Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013

OUVRAGES MARQUANTS

L'île de la Réunion, à la date des études de projet était considérée comme de sismicité nulle. Le choix de l'équipe de conception a été d'anticiper la nouvelle réglementation sismique nationale parue en octobre 2010 (décrets relatifs à la prévention du risque sismique et à la dénition d'application pour les ponts), en retenant une zone Z2 dite de faible sismicité en référence à la carte d'aléa sismique de la France publiée par le ministère de l'Écologie et du Développement Durable (voir gure 5). A également été pris en compte, en référence à l'eurocode 8, un coefficient d'importance d'ouvrage I = 1,4 correspondant à la catégorie la plus élevée pour les ponts. L'accélération de calcul AEd est ainsi de 0,98 m/s². La nature des sols de fondation, constitués principalement d'alluvions sur de très fortes épaisseurs conduit à majorer ensuite le spectre de réponse élastique en accélération d'un coefcient 1,35 (sols de catégorie B). La prise en compte de cet aléa sismique conduit bien sûr à adop ter des dispositions constructives spéciques. Mais, du fait de la structure du tablier retenue, du n iveau d'accélération relativement faible, et surtout, de la prédominance des actions des autres phénomène s naturels, cet aléa ne s'est pas avéré dimensionnant. L'île de la Réunion est soumise à de violents cyclones tropic aux (voir photo 9). Ils se produisent principalement de janvier à mars. Il est d'usage de considérer pour des structures relativement rigides que les efforts de vent sont deux fois plus élevés que dans les régions n on cycloniques. Les structures

souples et plus vulnérables aux effets du vent nécessitent généralement un calcul dynamique. S'

agissant du franchissement de la rivière Saint-Étienne, l'objectif assig né était de reconstruire au plus vite un ouvrage robuste et de morphologie classique. Pour cela, il a été considéré, en service, une pression de vent de 4000N/m 2 ; les études de vent particulières réalisées sur les ouvrages exceptionnels

de la route des Tamarins ont montré que cette valeur était en effet enveloppe pour les ouvrages

sufsamment rigides.

Figure 5 : Carte d'aléa sismique de la France

Source : ministère de l"Écologie et du Développement Durable

Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013 7

Les efforts engendrés n'ont que de faibles répercussions sur le dimen sionnement du tablier de pile, qui nous le verrons, en les cumulant aux efforts hydrauliques, ont conduit à retenir une conception de fondation très spécique.

L"aléa hydraulique

La rivière Saint-Étienne, comme la plupart des rivières aliment ant les ravines réunionnaises, se élevées. Les épisodes de crues sont fréquents en saison cycl onique ; ils sont caractérisés par le charriages de gros galets et blocs et surtout par des phénomène s cumulatifs d'abaissement régulier du lit et d'affouillements spectaculaires. Ce sont d'ailleurs ces phénomènes qui sont à l'origine de l'effondrement de l'ouvrage à reconstruire.

La hauteur de la lame d'eau en crue centennale

a été évaluée à 6 m, avec une vitesse maximale de 12 m/s (conduisant à une valeur de pression sur les appuis de plus de 100 kN par mètre carré). S'y ajoutent une hauteur de 5 m d'affouillements généralisés (hauteur sur laquelle les matériaux du fond du lit sont mobilisés et les pressions hydrodynamiques de l'écoulement s'exercent également), et bien sur, le phénomène d'affouillement local, généré par l'obstacle que constitue l'appui, s'exerçant sur une hauteur évaluée à 2 ou 3 fois la largeur de l'appui (voir gure 6), mais sur laquelle la pression hydrodynamique ne s'exerce pas.

A citer enn la possibilité de chocs des blocs

charriés. Dernier phénomène et non des moindres, l'abaissement régulie r du fond du lit du fait des affouillements généralisés successifs (le lit de la rivière n 'est pas en équilibre). A défaut d'étude hydraulique spécique que l'urgence de la reconstruction ne per mettait pas d'effectuer dans

les délais impartis aux études de projet, l'hypothèse sécuritaire retenue par les hydrauliciens

associés à la conception a été de considérer une pente moyenne " d'équilibre dynamique » des à la limite entre une crue uviale et une crue torrentielle. Du fa it de la grande variabilité du niveau du

Figure 6 : Pression hydrodynamique

Photo 9 : le cyclone Gamède

Source : wikimedia

OUVRAGES MARQUANTS

8 Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013

OUVRAGES MARQUANTS

fond du lit actuel (plus de 15 m de différence d'altitude entre les chenaux les plus profonds et le terrain alluvionnaire en rive gauche), cette hypothèse a conduit à considérer un abaissement potentiel du fond du lit de 7 à

22 m, auquel est susceptible de s'ajouter le

phénomène d'affouillement local).

Le schéma ci-contre (figure 7) synthétise

l'ensemble des actions subies par l'appui dans les différentes conguration du terrain naturel. Nous n'avons pas considéré de concomitance de l'action sismique et de la poussée hydrodynamique lors des crues centennales.

En revanche, l'action sismique est concomitante

avec l'abaissement global du lit de la rivière et les affouillements locaux au droit des appuis.

Compte tenu du caractère uctuant du niveau

du terrain naturel au droit des piles, des calculs en fourchette ont été effectués vis-à-vis de l'ensemble des sollicitations (sismiques, hydrauliques, cycloniques, des charges d'exploitation...) qui consistent à prendre en compte le niveau du TN (terrain naturel) actuel et le niveau du TN correspondant à un abaissement maximal du lit. Pour donner quelques ordres de grandeur des sollicitations que doit supp orter un appui, l'effort engendré par un choc de bloc a été évalué à 300 kN, ce lui du vent cyclonique à 1300 kN, celui de la poussée hydrodynamique à près de 4000 kN. En rive droite, l'implantation de la culée paraît naturelle en arrière de la berge existante, en limite du lit actif ; en rive gauche, la question s'avère plus délicat e car, comme nous l'avons vu précédemment,

les culées des ponts actuels et le remblai de la RN1 sont dans le lit mineur. L'option retenue consiste

à implanter la culée du nouvel ouvrage dans l'alignement des cu lées existantes et de mettre en œuvre une enceinte de protection entourant la culée du nouveau pont mais aussi celle de l'ancien resté en place. Après le renforcement du sol de fondation des appuis intermédiaire s par jet grouting, cette enceinte nit ainsi de mettre en sécurité le pont amont e n protégeant sa culée la plus exposée.

Cette protection est constituée, dans les zones les plus sensibles, d'une paroi moulée ancrée,

complétée dans les secteurs moins exposés, par des enrochements bétonnés (voir gures 8 et 9).

Figure 7 : Les actions sur l'appui

Source : Sétra

Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013 9

Figures 8 et 9 : Implantation des culées

Source : CETE Méditerranée

La structure du tablier

Le tablier est un bipoutre mixte à 9 travées de 694 m de long. Sa largeur est de 21,70 m en section courante, elle atteint 34 m au droit de la culée rive droite, du fait de la présence de bretelles d'entrée et de sortie à la ville de Saint-Louis. Les poutres sont de hauteur c onstante, les portées principales de 82 m (voir gure 10). Des pièces de pont réparties tous le s 4 m supportent le hourdis en béton (voir gures 11, 12 et 13). Le choix de la travure résulte de la nécessité d e limiter le nombre d'appuis intermédiaires compte tenu de la complexité et des difculté s de réalisation du système de fondation et de la nécessité de minimiser les obstacles aux écoulements. Figure 10 : Élévation et vue en plan du projet de l'ouvrage

Source : CETE Méditerranée

OUVRAGES MARQUANTS

10 Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013

OUVRAGES MARQUANTS

La partie située en alignement droit de la charpente métallique e st assemblée par tronçons en rive gauche puis lancée, la partie courbe et de largeur variable est assem blée en rive droite puis posée à la grue. Le tablier est préfabriqué, les éléments de da lles posés à la grue sur le maillage constitué des pièces de ponts et de longerons longitudinaux additionnels, puis clavés sur la charpente métallique. séisme. Le mode de construction permet de minimiser délais et alé as en phase travaux. Figure 11 : Coupe en section courante en travée

Figure 12 : Coupe en section courante sur appui

Figure 13 : Coupe en section courante sur pile P1

Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013 11

La culée et la protection rive gauche

La culée de l'ouvrage reconstruit est fondée sur une le de

5 barrettes de 5 m de long, 1,20 m de large

et de 14 m de haut. Elle est protégée par l'enceinte de parois moulées ancrées qui se prolonge au droit de la culée du pont amont existant resté en place et la cont ourne. Des enrochements bétonnés complètent la protection du remblai routier attenant en amont et en a val (voir gure 14). Figure 14 : Protection des culées et du remblais

Source : CETE Méditerranée

La paroi moulée est constituée de barrettes de 1,20 m de large et 5 m de long. Les panneaux sont ancrés

n'est toutefois pas sufsant pour assurer la résistance et la s tabilité de la paroi après l'abaissement

du fond du lit. Deux autres niveaux inférieurs sont prévus. A défaut de pouvoir les mettre en œuvre

lors des travaux (ce qui aurait nécessité de gigantesques terrass ements avec des risques de venues d'eau importants lors de l'exécution), l'implantation de ce s futurs lits de tirants supplémentaires est soigneusement repérée et les parois moulées sont ferraillées en conséquence. Les hydrauliciens ont estimé que lors d'un violent épisode de c rue (évènement maximal), un abaissement

du lit de 5 m était possible, accompagné d'un affouillement général de 5 m également. Le choix de

conception qui a été retenu consiste à positionner les tirants et à dimensionner les parois pour qu'elles

à deux évènements consécutifs soit une hauteur de matériaux enlevés cumulée de 15 m. Les parois

doivent aussi pouvoir supporter un séisme, à l'ELU accidentel, concomitant à un abaissement du fond du lit de 5 m. C'est en effet à partir de ce niveau d'approfondissement que le premier lit d e tirants du fond du lit avant intervention sont alors reconduits jusqu'au dern ier niveau de tirant.

place. Il permettra de programmer les travaux de mise en œuvre des lits de tirants inférieurs avant

que l'approfondissement du lit ne mette ne péril l'enceinte de parois moulées. Il a été estimé que les options de conception retenues conduisaient à un compromis acceptable entre l'impact nancier

lié au surdimensionnement de la paroi ancrée nécessaire pour supporter cet abaissement du terrain

et au délai de réaction laissé au gestionnaire pour intervenir et réaliser les tirants.

Paroi moulée

Enrochements

OUVRAGES MARQUANTS

12 Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013

OUVRAGES MARQUANTS

Figure 15 : Vue en plan et coupe transversale de la culée et de sa protection

La conception des appuis et des fondations

C'est sans doute le point le plus spécique de la conception de cet ouvrage. Plusieurs impératifs

contradictoires s'imposent :

-réduire la largeur des appuis et des fondations pour minimiser l'obstacle créé aux écoulements

torrentiels et réduire les efforts hydrodynamiques et les hauteurs d'affouillement localisés, -privilégier les formes circulaires car la direction des écoulement s peut s'avérer très variable, -ancrer les fondations au delà du niveau maximal d'abaissement du f ond du lit, majoré de la hauteur d'affouillements localisés, -assurer enn la résistance en exion des piles et du système de fondation en toute situation. Ces contraintes ont conduit à écarter les solutions de fondation d e type " tabourets », constituées de

pieux de gros diamètres coiffés par une semelle. Après abaissement du fond du lit, les les de pieux

auraient constitué de trop larges obstacles à l'écoulement ( du fait des risques de charriage de blocs et de la direction variable des écoulements), sans parler de l'es thétique déplorable lorsque les pieux seraient découverts. C'est pourquoi il a été retenu des fond ations sur barrettes de forme octogonales.

Figure 16 : Plan des appuis

Ouvrages d"art N° 68 décembre 2013 13

Compte tenu de l'importance des efforts sollicitants, des barrettes totalement indépendantes les unes

des autres fonctionnant en " touches de piano », n'offrent pas une rigidité sufsante pour assurer

la résistance de la fondation après abaissement du fond du lit. A défaut de pouvoir mettre en œuvre un ferraillage continu dans l'enceinte, les barrettes comportent des clefs de cisaillement qui permettent un fonctionnement d'ensemble. L'enceinte octogonale, de 6,60 m de large, comporte de petites barrettes primaires et des barrettes secondaires plus longues disposées dans le sens préférentiel des écoulements (voir figure 17). Toutes les sous le niveau zéro. Pour les fondations les plus hautes (plus de 30 m), une semelle intermédiaire réalisée sur un bouchon de gros béton finit de conférer à l'ensemble la rigidité nécessaire. Le principe de construction est le suivant (voir gure 18) :quotesdbs_dbs32.pdfusesText_38

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